煤矸石山综合利用.ppt

Click to edit Master title styleClick to edit Master subtitle style精选课件1贾宝山E-mail： 授课: 32学分：22008年9月8日 煤矸石的岩相组成 ； 煤矸石的分类及堆积现状； 我国综合利用现状； 煤矸石的利用途经； 煤矸石主要是由炭质泥岩、泥岩、粉砂岩、砂岩等岩石组成的混合物其矿物组成主要有高岭石、蒙脱石、长石、伊利石、方解石、黄铁矿、水铝石和少量稀有金属矿物等组成，元素组成多达数十种 尽管煤矸石的成分复杂，但绝大多数煤矸石除含少量炭质外，主要以硅、铝为主，其次是硫、铁、钙、镁、钠、磷、钛等元素 煤矸石的岩相组成 按煤矸石的来源可分为掘进矸石和选煤矸石两大类煤层结构和厚度的变化、采煤方法和选煤工艺不同，对煤矸石的排放量有直接影响，一般占煤产量的1020%由于煤矸石来源不同和产出地区的差异，其成分和性质变化很大例如，煤矸石的灰分一般在7085%，最高可达90%以上；固定碳含量一般在525%；发热量一般在3.36.3 MJ/kg煤矸石的硫含量与原煤硫含量密不可分，例如，开采华北地区太原组煤层和西南地区龙潭组煤层排出的矸石，含硫量就较高，个别可达816%。

煤矸石的分类及堆积现状p 综合利用刻不容缓 我国不仅是世界产煤大国，也是煤炭消费大国目前全国历年累计堆放的煤矸石约43 亿吨，规模较大的煤矸山有1600 多座，占用土地约1.5 万公顷2004年煤炭产量达到19.56 亿吨，按煤产量10%的低排矸量计算，当年排放煤矸石就达1.96 亿吨今后煤炭产量还将逐年增长，排矸量也在逐年增加，加上以往积存的煤矸石，其数量相当巨大因此，煤矸石的综合利用已是一个刻不容缓、亟待研究解决的重要社会问题 我国综合利用现状p 据不完全统计，我国煤炭企业目前有煤矸石电厂120 余座，装机容量184 万KW；年发电量87 亿KWh，煤矸石砖厂129 座，年生产能力30 亿块（折标砖）；煤矸石和粉煤灰水泥厂163 座，年生产能力1250 万吨截止到2002 年，全国煤矿综合利用煤矸石约4200 万吨其中，煤矸石发电2800 万吨，煤矸石水泥300万吨，煤矸石制砖1000 万吨，其他耗用100 万吨另外，用于井下充填、复垦造田、筑路等处理煤矸石5600 万吨总计利用和无害化处理煤矸石约9800 万吨，占当年煤矸石排放量的50%综合利用前景广阔 我国综合利用煤矸石的历史不长，基础较差。

总的社会和经济效益还不够理想但是，从一些实践单位取得的初步效果来看，前景非常广阔十五”期间，煤矸石生产新型墙体材料将进入一个高速发展阶段，配合城市限制使用粘土制砖和煤矿产业结构的调整，一些城市和矿区将煤矸石生产新型墙体材料承重和非承重空心砖作为发展的重点如北京将建设10多条煤矸石生产线，生产煤矸石空心砖10亿块，一些城 市和矿区纷纷开工建设煤矸石砖厂预计到“十五”末，煤矸石砖的年产量将达到200亿块 ，呈现高速发展的态势!n 煤矿井下充填及地面塌陷区充填n 煤矸石生产农肥及改良土壤n 煤矸石发电 n 生产煤矸石砖、水泥等建筑材料 n 从煤矸石中提取和制备化工产品 如何将煤矸石变废为宝？ 推广煤矸石矿井充填技术，采用煤矸石不出井的采煤生产工艺，充填采空区，减少矸石排放量和地表下沉量矿 井 充 填 材 料 新矿集团鄂庄煤矿2202东采煤工作面顺利投入生产，标志着该矿矸石充填开采技术的全面成功该矿矸石充填开采技术就是将全岩掘进工作面的矸石，用矿车运至采煤工作面，全部充填至采煤工作面老空区，实现矸石井下回填这一技术的运用，不仅降低了生产成本，而且减少了地面塌陷，避免了地面矸石山占用土地和环境污染。

通过矸石充填，鄂庄矿将在今年年底全面实现矸石不上井，并且逐步消灭地面矸石山回 填 塌 陷 区 利用煤矸石作为塌陷地复垦的充填材料,既可以使采煤塌陷地得到恢复,又可减少矸石侵占土地的面积 将煤矸石作为回填和填注材料有两个有利条件: (1)矿区煤矸石中含有大量 SiO2 和Al2O3组分(见下图) ,将其掺加适量石灰或水泥可以调制成作为注浆材料的灰浆,提高了充填体的强度; (2) 煤矸石的颗粒级配程度均匀,可以提高充填体的密实性,并且充当了护巷材料的替代品平顶山矿区煤矸石 SiO2 和Al2O3 百分含量图煤矸石减排技术路线 矸石减量排放是减少矸石地面堆积的根本途径,同时可实现控制地面沉陷、回收保护煤柱降低生产成本等目的 煤矸石减量排放措施包括减少岩石巷道,优化综采放顶煤参数,减少混入煤炭中的顶矸量,井下分选回填采空区、废旧巷道或置换煤柱等煤矸石中含有炭质页岩和含炭粉砂岩,有机质含量在l5 %左右,并含有植物 生长所需的 B、Zn、Cu、Co、Mo、Mn 等微量元素,所以可以用煤矸石改 良土 壤近年来开始发展以煤 矸石为载体生产的无机复合肥和微生物肥料就是 优质、高效、营养全面、对环境无污染的新型肥料。

据不完全统计,全国有微 生物菌肥厂几十余座,年生产能力上百万t,大部分 以煤 矸石为载体,获得了显著的环境效益和社会效益煤矸石生产农肥及改良土壤 煤矸石山的污染治理重点是其酸性和重金属的治理将矸石山的酸性和重金属污染有效治理才能达到复垦种植的目的 , 而只有对煤矸石山进行复垦种植才能最终改善矸石山造成的污染 , 从而达到改善矿区生态环境的目的 (1) 煤矸石的酸化治理植物适合生长在中性基质中因此要想对煤矸石山复垦植被 , 必须改善矸石山的酸性 煤 矸 石 山 的 复 垦 种 植技术难点酸性重金属p 一是在矸石堆放前,可对黄铁矿加以分选回收,以减少矸石中硫化物含量p 二是利用碱性化学物质中和煤矸石的强酸性,常用的有粉煤灰、石灰石、磷矿粉等 用粉煤灰可以提高矸石山的pH值,改变表层质地和增加肥力粉煤灰颗粒较细 , 在与煤矸石混合的过程中可以填充煤矸石间的大孔隙 , 降低矸石山中氧气的浓度,起到防止矸石山自燃的功能 酸化治理措施与方法p 煤矸石在露天堆放情况下,经受风吹、日晒和雨淋,煤矸石中的有毒重金属元素如铅、镉、汞、砷、铬等通过雨水淋溶渗入土壤和进入下游水域,导致严重的重金属污染重金属可迁移性差,不能降解,它在生态系统中不断积累,毒性不断增强,从而导致生态系统退化。

目前对煤矸石山重金属污染的治理主要是通过植被修复,种植生物量较大、吸附重金属能力较强的植物,一方面吸收煤矸石中的金属,另一方面可改善矿区生态系统环境重金属治理措施项目植物种类w(Cd)w(Pb)w(Zn)茎叶根茎叶根茎叶根1一年蓬Phytolacca acinosa62.158.6149.9230.81547.51496.32白苏Paraphlomis albida65.755.8626.1581.44020.63861.73荨麻Urtica fissa17.615.4148.5124.97531.57497.64野艾蒿A.lavandulaefolia51.232.0289.2169.12983.8855.55红花三叶草21.499.2482.96商陆(1) Phytolacca acinosa33.434.8176.5181.91377.51402.17土荆芥C. ambrosioides46.643.83888.03200.02162.0198.38乌蔹莓C. japonica Gagnep29.330.0207.1153.21485.31348.19商陆(2) Phytolacca acinosa42.163.8270.2 283.72023.02089.610吉祥草Reineckea carnea Kunth20.515.6255.0182.4639.7616.1土壤样品中重金属元素的质量分数14.6497.0513.6 草本植物中3种重金属的质量分数 mg/kg (w) 重金属在土壤和普通植物中平均质量分数以及超累积植物的临界标准mg/kg p土荆芥、荨麻、商陆等3种植物分别对铅、锌、镉有较高的富集浓度；土荆芥是新发现的一种铅超富集植物。

表2 重金属在土壤和普通植物中平均质量分数以及超累积植物的临界标准 mg/kg （w）项目w(Pb)9w(Zn)9w(Cd)10土壤10500.35植物51001.2临界标准100010000100煤 矸 石 发 电除岩巷掘进矸石外,煤矸石或多或少都有一些煤或可燃成分 ,因此可作为燃料使用热值在400kJ/ kg以上的煤矸石可作为沸腾炉的燃料直接燃烧 ,用作矿区供热或发电峰峰、邯郸矿务局都建有煤矸石电厂 ,其流程均以洗煤厂洗矸为原料 ,经破碎、脱硫处理后加入沸腾炉进行燃烧电厂已正常运行多年 ,效果良好 煤矸石发电厂主要利用 热值在 6.27MJ/ kg 8.336MJ/ kg以 上 的 洗 矸 、半煤 岩巷 排 除的掘进 矸石 目前 ,煤 炭 系统多 采用 流化床 燃 烧 技 术 ,采 用 最 多 、技 术 成 熟 的 为5t/ h、75t/ h 的循 环流化 床锅 炉 我 国利用 煤矸 石发 电已形 成一定 规模 全 国煤 矿已建 成 煤 矸 石 电 厂将近200 座总 装 机 容 量 约 3000 万千瓦 占矿 区用 电 的 35 %,全 国煤矸 石 电 厂盈 利 6 亿元 以上 。

每年 发 电 实 际消耗 煤矸 石约 2000 万 t利用 煤矸 石发 是 综合 利用 煤矸 石 的一 条 重要途 径 ,不但可 以节 省好 煤 ,缓解 煤矿 电力 紧张 局面 ,而且 灰渣还 可 以 生产 建材 ,消 除二 次 污染 ,是 一 项 绿 色环保 工 程 , 其经济效益、社会效益和环境效益都十分显著p 煤矸石制砖: 利用煤矸石制砖 ,主要包括生产烧结砖和做烧砖混合燃料 ,所用的煤矸石含炭量较高 ,热值一般控制在 20904180kJ / kg 范围内如果矸石含煤量过高 ,可在原料中掺少量黏土 ,避免烧砖过火除对热值有一定要求外 ,利用煤矸石制砖对其化学成分也有规定 ,一般要求 SiO2 含量为55% 70% ,Al2O3 为15 %25% ,Fe2O3 为 2%8%,塑性指数 715生 产 建 筑 材 料煤矸石制造砖的成分要求 煤矸石制烧结砖利用煤矸石具有一定热值这一特性, 先将窑体内的温度提高到煤矸石燃点, 待煤矸石砖坯进入窑体后利用其自燃进行烧制, 实现了 “制坯不用土, 烧砖不用煤 ”的节能环保目标 目前,全国有砖瓦企业约 11万家,年生产粘土砖多达7000亿块,每年耗土量相当于7133万 hm2土地,耗能达7000多万 t标煤,成为一个破坏耕地、消耗能源的大户。

为此,国家制定了一系列限制粘土砖,发展新型墙体材料的政策目前,全国煤矸石砖生产企业仅有近千家,年生产矸石砖60亿块,仅占粘土砖产量的0.8%,利用煤矸石 1600万t,年节约土地近万亩,节约标煤60万t此外,全国利用煤矸石生产粘土内烧结砖的 (平均掺矸石量约15%)厂家较多,每年生产矸石内烧结砖500亿块,年利用煤矸石量1800万 t 全煤矸石砖生产流程示意图p 煤矸石制水泥: 煤矸石中的二氧化硅、三氧化二铝及三氧化二铁的总含量一般在 80 %以上 ,是一种天然的粘土质原料 ,可以代替粘土配料烧制普通硅酸盐水泥、特种水泥和无熟料水泥;同时煤矸石还能释放一定热量 ,可代替部分燃料 ,减少水泥生产的能耗 在水泥生产方面,煤矸石和粘土的化学成分相近,并能释放一定的热量,用其代替粘土和部分燃料生产普通水泥能提高熟料质量这是因为煤矸石配料的生料活化能比粘土配料低,用少量煤就可提高生料的预烧温度,且煤矸石中的可燃物也有利于硅酸盐等矿物的熔解和形成;此外,煤矸石配入生料的表面能高,硅铝等酸性氧化物易于吸收氧化钙,可加速硅酸钙等矿物的形成煤矸石用作水泥原料时的生产工艺过程与普通水泥的生产基本相同将原燃料按一定比例配合,磨细成生料,烧至部分熔融,得到以硅酸钙为主要成分的熟料,再加入适量石膏和混合材料,磨成细粉即可制成水泥。